一种柔性直流换流器混合仿真物理模拟装置的制作方法

本实用新型涉及一种柔性直流换流器混合仿真物理模拟装置，属于电气自动化设备技术领域。

背景技术：

目前柔性直流换流器及输电系统控制与保护的仿真研究一般采用理论分析、离线的PSCAD仿真/MATLAB仿真以及RT-LAB/RTDS实时仿真平台。和数字仿真相比，动模物理模拟系统所具有的物理特性和原型一致，其在模型中所发生的电流、电压、功率等物理量的相对值的变化过程可以和被模拟的原型系统中所发生的过程一样，而且理论分析或离线仿真时往往忽略或近似的如饱和、磁滞、涡流等效应，在动态模拟中它们对过渡过程所起的作用则可以比较完整地反映出来，而这些作用往往是控制和保护必须加以考虑的。因此，动态物理模拟仿真可以更真实地反映实际系统的运行特性。另一方面，RTDS等电力系统实时数字仿真平台可以对交直流电网的运行与保护进行全面仿真，具有物理模拟所无法比拟的大规模优势，因此将RTDS等电力系统实时数字仿真平台和柔性直流物理模拟装置相结合的混合仿真系统就具有独特的优点，可以全面准确地模拟柔性直流HVDC输电系统的交流场、换流变、换流阀、直流场、直流传输线、阀触发接口、电压互感器、电流互感器、直流电压电流测量元件、隔离和接地刀闸等各种主要设备,直流控制保护系统可以按照与实际工程基本一致的方式接入模拟系统运行。可以在模拟系统交流母线、换流变、换流阀、直流输电线路等设置故障点,很方便地研究HVDC系统发生的故障,并研究考核控制保护系统对故障的反应，详尽验证柔性直流控制与保护系统PCP和VBC的控制保护算法，考核控制保护装置的可靠性，作为控制保护系统出厂试验的手段，修正和优化控制参数，使其在完成测试后能直接用于工程调试。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提出一种柔性直流换流器混合仿真物理模拟装置，以克服现有技术之不足，使柔性直流换流器的控制与保护装置直接接入进行实时仿真测试，还可以和RTDS等电力系统实时数字仿真平台相结合进行混合仿真，解决柔性直流换流器控制与保护装置的出厂试验问题。

本实用新型提出的柔性直流换流器混合仿真物理模拟装置，包括一台柔性直流换流器阀模拟装置、一台交流母线功率放大器、一台直流母线功率放大器。交流母线功率放大器的三相交流输入端AI/BI/CI接入到交流电网，交流母线功率放大器的三相交流输出端AO/BO/CO接入到柔性直流换流器阀模拟装置三相交流输入端A/B/C，柔性直流换流器阀模拟装置的直流输出端DC1+/DC1-连接到直流母线功率放大器的直流输出端DC2+/DC2-，直流母线功率放大器的三相交流输入端U/V/W连接到交流电网；交流母线功率放大器的数字与模拟信号端IO1和IO2分别连接到外部的电力系统实时数字仿真平台和被测试柔性直流换流器控制与保护装置，直流母线功率放大器的数字与模拟信号端IO3和IO4分别连接到外部的电力系统实时数字仿真平台和被测试柔性直流换流器控制与保护装置。

本实用新型提出的柔性直流换流器混合仿真物理模拟装置，其优点是：可实现柔性直流换流器控制与保护装置直接接入进行实时仿真测试，还可以和RTDS等电力系统实时数字仿真平台相结合进行混合仿真，解决柔性直流换流器控制与保护装置的出厂试验问题。

附图说明

图1为本实用新型的柔性直流换流器混合仿真物理模拟装置的构成原理图。

图2为图1所示的柔性直流换流器混合仿真物理模拟装置中的交流母线功率放大器的电路原理图。

图3为图1所示的一种柔性直流换流器混合仿真物理模拟装置中的直流母线功率放大器和柔性直流换流器阀模拟装置的电路原理图。

图4为图3所示的直流母线功率放大器中的H桥功率模块电路示意图。

具体实施方式

本实用新型提出的柔性直流换流器混合仿真物理模拟装置，如图1中虚线框内所示包括一台柔性直流换流器阀模拟装置、一台交流母线功率放大器、一台直流母线功率放大器。交流母线功率放大器的三相交流输入端AI/BI/CI接入到交流电网，交流母线功率放大器的三相交流输出端AO/BO/CO接入到柔性直流换流器阀模拟装置三相交流输入端A/B/C，柔性直流换流器阀模拟装置的直流输出端DC1+/DC1-连接到直流母线功率放大器的直流输出端DC2+/DC2-，直流母线功率放大器的三相交流输入端U/V/W连接到交流电网；交流母线功率放大器的数字与模拟信号端IO1和IO2分别连接到外部的电力系统实时数字仿真平台和被测试柔性直流换流器控制与保护装置，直流母线功率放大器的数字与模拟信号端IO3和IO4分别连接到外部的电力系统实时数字仿真平台和被测试柔性直流换流器控制与保护装置。

本实用新型提出的柔性直流换流器混合仿真物理模拟装置中，使用的交流母线功率放大器，可以采用如图2所示的基于NPC(中点钳位)三电平电压源逆变器直流背靠背连接的交流母线功率放大器，由北京西威清拓变流技术有限公司公司生产，产品型号为SWBAD-X/X，也可以采用已有的两电平电压源逆变器直流背靠背连接，或采用其他双向AC-DC-AC变流器电路或双向AC-AC直接变换的变流器电路。

本实用新型提出的柔性直流换流器混合仿真物理模拟装置中，使用的直流母线功率放大器和柔性直流换流器阀模拟装置，可以采用如图3所示的基于MMC(模块化多电平变流器)变流器的直流母线功率放大器，其中的变流模块采用如图4所示的H桥功率模块。直流母线功率放大器和直流母线功率放大器，由北京西威清拓变流技术有限公司生产，产品型号为SWMMC-X/X，也可以采用已有的其他双向DC-AC变流器电路。

本实用新型提出的柔性直流换流器混合仿真物理模拟装置，其工作原理是：被测试柔性直流换流器控制与保护装置与阀连接的测控光纤直接连接到柔性直流换流器阀模拟装置的对应光纤接口端IO5，用于模拟被测试柔性直流换流器控制与保护装置对实际工程柔性直流换流器阀的测控；可实现双向功率传输的交流母线功率放大器通过IO1与电力系统实时数字仿真平台进行模拟或数字信号交换，按电力系统实时数字仿真平台输出的交流母线电压输出信号控制交流母线功率放大器的三相交流输出端AO/BO/CO的三相交流电压，等效于模拟了柔性直流换流器阀模拟装置的三相交流输入端A/B/C接入了电力系统实时数字仿真平台的对应交流母线；可实现双向功率传输的直流母线功率放大器通过IO3与电力系统实时数字仿真平台进行模拟或数字信号交换，按电力系统实时数字仿真平台输出的直流母线电压或直流母线电流输出信号控制直流母线功率放大器的直流输出端DC1+/DC1-的直流电压或直流电流，等效于模拟了柔性直流换流器阀模拟装置的直流输出端DC1+/DC1-接入了电力系统实时数字仿真平台的对应直流母线；交流母线功率放大器通过数字与模拟信号端IO2将交流母线电压、电流及开关状态等信号传送给被测试柔性直流换流器控制与保护装置，直流母线功率放大器通过数字与模拟信号端IO4将直流母线电压、电流及开关状态等信号传送给被测试柔性直流换流器控制与保护装置，从而实现被测试柔性直流换流器控制与保护装置对柔性直流换流器阀模拟装置的闭环控制与保护测试。

本实用新型中的柔性直流换流器阀模拟装置也可以采用其他种类的电压源或电流源变流器实现，任何基于本实用新型电路所作的等效变换电路，均属于本实用新型的保护范围。